Proiectarea unui dispozitiv mecatronic pentru deservirea unui proces de prelucrare

1. Proiectarea unui dispozitiv mecatronic pentru deservirea unui proces de prelucrare Megmunkalasi folyamatot kiszolgalo mechatronikai berendezes terevzese. Student Horvath Ioan-Robert Conducător ştiinţificsef lucr.dr.ing. Forgo Zoltan

2. Construirea unui aparat de laborator didactic, care permite ridicarea curbei indicate a unui compresor cu piston, precum şi calcularea unor caracteristice Egy olyan didaktikai laboratóriumi berendezés megépítése, amely képes egy dugattyús kompresszor indikátor-diagramját meghatározni, valamint egyes tulajdonságok kiszámítására is alkalmas Scopul şi obiectivele de atins Célkitűzések

3. Partea teoretică - Clasificarea compresoarelor - Prezentarea generală a compresoarelor cu piston - Consideraţii generale asupra curbelor indicate - Puterea şi randamentul - Reglarea compresoarelor Partea practică - Prezentarea generală a aparaturii de laborator - Ridicarea diagramei indicate - Prezentarea sistemului de colectare şi prelucrare Prezentarea şi prelucrarea rezultatelor măsurătorilor Concluzii Elméleti rész - Kompresszorok osztályozása - A dugattyús kompresszorok általános ismertetése - Az indikátor-diagramok általános ismertetése - A teljesítmény és a hatásfok - A kompresszorok szabályozása Gyakorlati rész - A tervezett laboratóriumi berendezés ismertetése - Azindikátor-diagramok felvétele - Adatgyűjtő és feldolgozó rendszer ismertetése A mérési eredmények feldolgozása és ismertetése Következtetések A dolgozat szerkezete Structura lucrării

4. Kompresszorok osztályozása Clasificarea compresoarelor

5. Prezentarea generală a compresoarelor cu piston A dugattyús kompresszorok általános ismertetése 1.- arbore cotit 2.- bielă 3.- cilindru 4.- piston 5.- supapă de evacuare 6.- supapă de admisie 1.- forgattyús tengely 2.- hajtókar 3.- henger 4.- dugattyú 5.-kiömlő- szelep 6.- beömlő- szelep

6. Ciclul teoretic al compresorului ideal Ideális dugattyús kompresszor termodinamikai ciklusa Fazele compresorului ideal, pe cercul butonuluide manivelă.

7. Technikai dugattyús kompresszor termodinamikai ciklusa Ciclul teoretic alcompresorului technic Fazele compresorului technic, pe cercul butonului de manivelă.

8. Valós dugattyús kompresszor indikátor-diagramja Curba indicată a compresorului real

9. Lucrul compresoarelor Kompresszorok munkája - A kompresszor által egy ciklus alatt végzett munka, a körfolyamatot alkotó részfolyamatok technikai munkájának összege: - Lucrul compresorului într-un ciclu este egal, cu suma lucrurilor tehnice în ciclurile parţiale: - În cazul compresiei izotermic, lucrul este egal: - Izoterm összenyomás esetén, a munka egyenlö: - În cazul în care compresia şi refularea gazului este politropic, lucrul este egal: - Ha a gáz összenyomása és kiterjeszkedése politropikus, akkor a munka egyenlő:

10. Puterea compresoarelor Kompresszorok teljesítménye - Puterea indicată: -Indikált (gyakorlati) teljesítmény - Puterea teoretică,izotermică: - Elmléleti izoterm teljesítmény - Puterea teoretică politropică: - Elméleti politropikus teljesítmény - Puterea consumată: - Befektetett teljesítmény

11. Randamentele compresoarelor Kompresszorok hatásfokai - Randamentul mecanic: - Mechanikai hatásfok - Termodinamikai hatásfok -Randamentul termodinamic: - Gazdasági hatásfok - Randamentul economic: - Randamentul efectiv: - Tényleges hatásfok

12. Reglare periodică A. Cu oprirea şi pornirea compresorului - Cu oprirea şi pornirea motorului. - Cu ambreiaj B. Cu strangularea conductei de aspiraţie - Fără by-pass - Cu by-pass Reglare după turaţie Reglare cu intercalarea spaţiului mort complementar Szakaszos szabályozások A. A kompresszor ki-be kapcsolásával - A hajtómotor ki-be kapcsolásával - Tengelykapcsolóval B. Szívóoldali fojtással - Átvezetés nélkül (by-pass nélkül) - Átvezetéssel (By-pass szabályozás) Fordulatszám szabályozás Pót-károstér beiktatásával Reglarea compresoarelor Kompresszorok szabályozása

13. Szívóoldali fojtással Cu strangularea conductei de aspiraţie • Átvezetés nélkül (by-pass nélkül) • 2. Átvezetéssel (by-pass) • Fără by-pass • 2. Cu by-pass a. Reglare fără by-pass b. Reglare cu by-pass

14. Reglare cu intercalarea spaţiului mort de rezervă • Pót-károstér beiktatásával történő szabályozás

15. A tervezett laboratóriumi berendezés ismertetése Prezentarea generală a aparaturii de laborator 1.- buton de pornire-oprire 2.- cutia limitatorului de presiune (manocontact) 3.- supapă de siguranţă 4.- rezervor 5.- ventilator 6.- capacul statorului 7.- stator 8.- carter de ulei 9.- capacul carterului 10.- orificiu de umplere cu uleişi de ventilare 11.- cilindru 12.- chiulasă 13.- condensator de pornire 1.- ki-be kapcsoló gomb 2.-nyomáskapcsoló doboza 3.- biztonsági szelep 4.- tartály 5.- hűtőventilátor 6.- sztator fedele 7.- motor sztatorja 8.- forgattyúház 9.- a forgattyúház fedőlapja 10.- olajbetöltő nyílás 11.- henger 12.- hengerfej 13.- indító kondenzátor

16. Racordul la reţea: 230 V, ~50 Hz Puterea motorului [kW/CP] : 1.5/2 Turaţia motorului [min-1] : 2850 Presiune de regim [bar]: 8 Volumul rezervorului de presiune în [l]: 24 Intensitatea sonoră a zgomotului[dB]: 97 Greutatea aparatului în [kg]: 27 Hálózati kapcsolás: 230 V~, 50Hz A motor teljesítménye[kW/LE]: 1.5/2 A kompresszor fordulatszáma[min-1]: 2850 Üzemi nyomás [bar]: 8 A nyomó tartály térfogata [l]: 24 Zaj szintje [dB]: 97 A készülék súlya [kg]: 27 A kompresszor jellemzői Caracteristicile compresorului

17. Mért mennyiségek: Cantităţi măsurate: - unghiul de rotire (detectarea punctului mort superior) - presiunea în cilindru - presiunea în rezervor - temperatura la evacuare - temperatura în rezervor - curent absorbit - tensiunea de alimentare - szögsebesség (a felső holtpont helyzeténekérzékelése) - a hengerben levő nyomás - a tartályban levő nyomás - kiáramló hőmérséklet - a tartályban levő hőmérséklet - áramfelvétel - tápfeszültség

18. Capacitatea cilindrică în funcţie de unghiul manivelei arborelui cotit Lökettérfogat a forgattyús tengely elfordulási szögének függvényében

19. A térfogat a következő séma alapján volt kiszámolva Volumul a fost calculat după schema următoare r- raza manivelei B- lungimea bielei F- distanţa între bolţ şi capătul pistonului G- distanţa între capătul pistonului şi axul arborelui cotit L- distanţa între punctul mort superior şi axul arborelui cotit X(φ)- lungimea cursei (variabilă) V(φ)- volumul cilindrului Vh – volumul spaţiului mort Dh- diametrul interior al cilindrului r- forgattyúsugár B- hajtókar hossza F- a csapszeg tengelye és a dugattyú teteje közötti távolság G- a dugattyú teteje és a forgattyú tengelye közötti távolság L- a felső holtpont és a forgattyú tengelye közötti távolság X(φ)- a változó lökethossz értéke V- a henger térfogata Vh- a holt tér térfogata Dh- a henger belső átmérője

20. A nyomásérzékelő bemutatása Prezentarea senzorului de presiune a. Modelul senzorului b. Funcţiile picioarelor senzorului c. Schema indicată de montaj Funcţia de transformare: Átalakítási függvény: d. Caracteristica senzorului

21. A hőmérsékletérzékelő bemutatása Prezentarea senzorului de temperatură a. Funcţiile picioarelor a senzorului b. Modelul senzorului c. Schema indicată de montaj Funcţia de transformare: Átalakítási függvény: d. Caracteristica senzorului

22. Fordulatszám mérése és a felső holtpont helyzetének érzékelése (fénysorompóval) Măsurarea turaţiei şi detectarea punctului mort superior (cu barieră de lumină) R1- 220Ω-os ellenállás R2, R3, R4- 10kΩ-os ellenállások R5- 1kΩ-os ellenállás T1, T2- npn típusú tranzisztorok D1- fotodióda D2- infravörös LED C1- kondenzátor J1- csatlakozó R1- rezistor de 220 de Ω R2, R3,R4- rezistoare de 10 kΩ R5- rezistor de 1 kΩ T1, T2,- tranzistoare de tip npn D1- fotodiodă D2-LED infraroşu C1- condensator J1- bloc conector n- turaţie ω- viteza unghiulară T- perioada n- fordulatszám ω- szögsebesség T- periódus

23. Poziţia senzorilor A szenzorok helyzete - senzorul de presiune, care are rolul de măsurarea presiunii în cilindru, a fost montat în chiulasă, după cum se vede în figura următoare: - a nyomásérzékelő, amelynek a feladata a hengerben levő nyomás mérése, a hengerfejbe lett beépítve, ezt a következő ábra szemlélteti: - poziţia branşamentului de cupru al senzorului de presiune - a nyomásszenzor csatlakozó rézvezetékének helye - a hőmérsékletszenzor, melynek feladata a kiáramló levegő hőmérsékletének a mérése volt, a hengerfejbe a mellékelt ábra szerint volt beépítve - senzorul de temperatură, care are ca rol măsurarea temperaturii la evacuare, a fost montat în chiulasă, după cum se vede în figură

24. Prelucrarea datelor măsurate A mérési eredmények feldolgozása

26. A mintavételezési periódus meghatározása Determinarea perioadei de eşantionare - rotirea pe durata unei înregistrări: - egy minta alatti szögelfordulás: - din turaţia nominală obţinem timpul de eşantionare: - a nominális fordulatszámból kiszámítható a mintavételezési idő: Frecvenţa s-a stabilit astfel încât să avem date la unghiul de rotire din 2 în 2 grade - frecvenţa de eşantionare: - mintavételezési frekvencia: - a kompresszor ciklusának periódusa: - perioada ciclului compresorului:

27. A fordulatszám meghatározása Determinarea turaţiei - perioadele înregistrate: - a mérések alapján, a periódusok: - media pe perioada înregistrărilor: - a mért periódusok átlaga: - se obţine turaţia ca: - meghatározzuk a fordulatszámot, mint

28. Calculul volumului cilindrului corespunzător unghiului manivelei arborelui cotit: cu formulele prezentate Calculul presiunii, după determinarea parametrului k (cu formula prezentată la caracteristicile senzorului) Reprezentarea punctului (V,p) pe diagrama Clapeyron Prin legarea punctelor se obţine diagrama indicată A forgattyús tengelyelfordulási szögének megfelelő térfogat kiszámítása: a bemutatott képletek alapján A megfelelő nyomásérték kiszámítása, a k paraméter meghatározása után (a nyomásérzékelő tulajdonságainál megadott képlet szerint) A (V,p) pont ábrázolása a Clapeyron-diagramon A pontok összekötésével megkapjuk az indikátor-diagramot Az indikátor-diagram megrajzolása Trasarea curbei indicate

29. - diagrama indicată pentru un ciclu de lucru: - indikátor-diagram egy munkaciklusra: - diagrama indicată pentru mai multe cicluri suprapuse: - indikátor-diagram több egymásra tevődő cilkus esetén:

30. - az indikátor-diagram területéből kiszámítjuk az indikált mechanikai munkát: - se determină lucrul mecanic indicat ca fiind aria diagramei: - înmulţind cu turaţia obţinem puterea indicată: - a mechanikai munkát megszorozva a fordulatszámmal, kapjuk az indikált teljesítményt: - cu tensiunea şi curentul de alimentare, puterea consumată este : - a tápfeszültséggel és az árammal, a felvett teljesítmény a következő: - randamentul efectiv: - a tényleges hatásfok:

31. - a k politropikus tényező meghatározása - determinarea exponentului politropic k: - ahol: - unde: - se obţine ca rezultat: - eredményül kapjuk: - lucrul ideal izoterm: - az ideális izoterm munka: - ideális politropikus és izoterm teljesítmény - puterea ideală politropică şi cea izotermă:

32. - az előző eredményekből, a következő hatásfokokat kapjuk: -din rezultatele anterioare se obţin randamentele: - mechanikai hatásfok: - randamentul mecanic: - termodinamikai hatásfok - randamentul termodinamic - gazdasági hatásfok - randamentul economic - tényleges hatásfok: - randamentul efectiv

33. Rezultate obţinute pentru alte valori de presiune: Más nyomásértékek esetén elért eredmények: Măsurătorile au fost efectuate din 0.5 în 0.5 bar - rezultate obţinute pentru valoarea de p=1 bar:

34. - rezultate obţinute pentru valoarea de p=1.5 bar: - rezultate obţinute pentru valoarea de p=2 bar:

35. A hozam meghatározása Detreminarea debitului - pentru determinarea debitului au fost măsurate presiunea şi temperatura în rezervor, şi au fost obţinute următoarele diagrame: - a hozam meghatározásának érdekében, megmértem a tartályban levő nyomást és hőmérsékletet, állandó térfogaton és a következő diagramokat kaptam eredményül:

36. în diagramele anterioare salturile rezultă din faptul că înregistrarea s-a făcut pe mai multe intervale • din cele două grafice putem determina corelaţia de presiune-temperatură • figyelembe véve az előző diagramokat, elmondhatjuk, hogy az ugrások abból következnek, hogy a mérések több intervallumon történtek • a két grafikonból meghatározhatjuk a nyomás-hőmérséklet kapcsolatot - ţinănd cont de ecuaţia generală a gazelor: - figyelembe véve az általános gáztörvényt: - se obţine: - ahonnan: - cunoscănd coordonatele a două puncte: - ismervén két pont koordinátáit:

37. - se obţine cantitatea de aer în rezervor: - kapjuk a levegő mennyiségét a tartályban: - V01 volumul de aer în condiţii standard, iar Δt –timpul trecut între cele două înregistrări: - debitul volumic de aer raportat la condiţii standard, la o presiune de refulare p1=107568.6 Pa:

38. Az elért eredményekre való következtetések Concluzii asupra rezultatelor obţinute - aceste două curbe au o aproximaţie politropică destul de bună - presiunea relativă are o valoare negativă, fiindcă conducta de aspiraţie este foarte scurtă şi este obturată de un filtru de aer

39. Concluzii finale Végkövetkeztetések • A mérések során kapott indikátor-diagramhasonlít a szakirodalomban közöltekhez • Észrevehető, hogy a szívó és kitoló szakaszokban, (fél-) szinuszos jelek jelentkeznek a diagramon, amelyek a szívó-illetve nyomó szelepek berezgéseinek köszönhetők • Mivel gyakorlatilag nincs szívó vezeték és a nyomó vezeték is aránylag rövid, és kis belső térfogattal rendelkezik, nem igazán érvényesül az áramló levegő tehetetlenségének hatása • Az elkészített eszköz didaktikai laboratóriumi berendezésnek is megfelel • Diagrama indicată obţinută este asemănătoare cu cele din literatura de specialitate • Se obsevă că în fazele de admisie şi refulare a diagramei obţinută, apar semnale (semi-)sinusoidale, datorită oscilţiei a supapelor de admisie şi refulare • Din cauza că conductele de aspiraţie şi refulare sunt relativ scurte şi cu un volum interior mic , efectele inerţiei curentului de aer sunt neglijabile • Echipamentul costruit poate fi utilizat în scop didactic, în laborator

40. Construirea aparaturii de laborator prin modificarea şi echiparea cu senzori a unui compresor de uz practic Metoda calculării volumului a aerului din cilindru şi trasarea curbei indicate, folosind programul Excel Metoda determinării debitului compresorului Determinarea puterii şi a randamentului A laboratóriumi berendezés megépítése, egy gyakorlatban használt kompresszoron végzett módosításokkal, valamint annak érzékelőkkel való felszerelésével A hengerben levő levegő térfogatának számítási módszere és a az indikátor-diagram megrajzolása az Excel program segítségével A kompresszor hozamának meghatározási módszere A teljesítmény és a hatásfok meghatározása Contribuţii originale Saját hozzájárulásaim

41. Mulţumesc pentru atenţie! Köszönöm a figyelmet!